FITODISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS EN PLANTAS

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1 FITODISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS EN PLANTAS Autores: M. en C. María Guadalupe López Domínguez. Dr. Gilles Levresse. Adscripción: Universidad Nacional Autónoma de México, Centro de Geociencias, Campus UNAM- Juriquilla. Especialidad: Geoquímica Ambiental, Geoquímica Analítica. RESUMEN EXTENSO Entre las actuales metodologías de remediación de sitios contaminados, el empleo de plantas para la estabilización química, su degradación a moléculas inocuas o su evaporación por la respiración de la plantas de contaminantes en el suelo (fitorremediación) es una de las practicas de menor costo y ampliamente utilizada para la remoción de metales. Inclusive, las plantas endémicas de los sitios contaminados pueden estabilizar, evaporar o incluso extraer los metales por procesos bioquímicos naturales en la planta. Se reportan casos de estos procesos en áreas de clima templado o húmedo en plantas de tipo vascular comestible (i.e. maíz y hortalizas) o que crecen y se desarrollan de manera silvestre en estos tipos de clima. Las plantas que crecen en climas semisecos, con bajas precipitaciones y temperaturas templadas pueden llegar a absorber estos metales contaminantes y contribuir a reducir sus niveles en el suelo, promoviendo la remediación de sitios contaminados y la estabilización de metales potencialmente contaminantes para el ambiente y la salud humana. México cuenta en su mayoría de territorio noroeste con condiciones climáticas y de vegetación como la descrita, sin embargo existen muy pocos estudios acerca del potencial de absorción en estos sitios. Igualmente en el país existen innumerables áreas con fuerte contaminación ambiental a causa de actividades mineras que se han llevado acabo por siglos, principalmente debido a los metales pesados liberados por los procesos de extracción. Se ha estudiado la movilidad de contaminantes en el suelo hacia las 99

2 plantas en minas de antimonio en España, encontrando que plantas bajo las mismas condiciones de crecimiento (concentración de metales pesados en el suelo) pueden tener diferentes sitios (tallos, hojas y raíces) de hiperacumulación en la planta. Generalmente lo que ocurre es que los metales son absorbidos en lugar de nutrientes esenciales y se acumulan en ella (proceso de traslocación) a diferentes concentraciones y en diferentes órganos de la planta; un elemento puede variar su acumulación de una planta a otra. El objetivo de este trabajo fue basado en la premisa de que las plantas presentes en el área de minas y sus alrededores pueden ser propuestas como un método de tratamiento ambientalmente amigable y de bajo costo para la decontaminación de metales pesados en sitios mineros, teniendo como principal elemento de análisis al antimonio. Conociendo la distribución de metales absorbidos en las plantas a través del análisis de la concentración de los mismos en diferentes partes de la planta, la disponibilidad de metales en suelo a través de las especies disueltas y absorbibles en el agua, se propone una planta de crecimiento natural cuyas características de absorción y/o acumulación de metales ayuden a remediar por fitorremediación, sitios mineros con potencial de contaminación. Se determinó el contenido elemental de metales pesados en las muestras de plantas cuyo crecimiento es natural en la región, tanto de especies nativas como introducidas. Se analizaron muestras de los jales en el área de la mina y sus alrededores para determinar los niveles de metales pesados presentes. El contenido de metales pesados en los jales y sedimentos de arroyo se determinó por MS-ICP, excepto hierro y antimonio que se empleó ICP-OES y la granulometría por FP-XRF. Del agua, los elementos mayores y menores fueron determinados por MS-ICP y su isotopía por medio de Multiflow- MS. Se determinan todos los metales pesados sin embargo, se focaliza al antimonio como contaminante principal y se estima la movilidad de sus especies solubles (fitodisponibilidad) a través de diagramas de Eh-pH, teniendo que está se da por medio de la valentinita y la cervantita. En el tratamiento de la muestras de plantas se utiliza secado de temperatura ambiente (25 C) en condiciones de oscuridad, a diferencia del tratamiento convencional para el secado (a 60 C) para evitar evaporizaciones de antimonio y mercurio. 100

3 Se llevó a cabo un muestreo de plantas, jales y sedimentos de arroyo en la zona de jales como en los alrededores de una mina, así como de agua de pozo, en un área minera al noroeste del Estado de San Luis Potosí, México. Para estimar la habilidad de las plantas para acumular metales, en específico antimonio, se utilizaron radios de acumulación (RA). El RA es la relación de la concentración de las estructuras de la planta, divida entre la concentración del sustrato donde crece, y expresa la capacidad de la planta para acumular elementos. Se discute con respecto al antimonio, sin embargo existen datos para todos los elementos. Del análisis de metales se encontró que los niveles de antimonio de mayor a menor en las plantas analizadas es SOLANACEAE Nicotiana glauca (112 ppm de antimonio) > CUPRESSASEAE Junipesus aff. Montañus (96 ppm de antimonio) > ASPHODELOCEAE Asphodelus fistulosus (79 ppm de antimonio) > MYRTACEAE Eucalyptus aff. Globulus (27 ppm de antimonio) > AGAVEACEA yucca y CACTACEA Echinocactus platyacabthus (13 ppm de antimonio) > PINACEAE Pinus sp. (10 ppm de antimonio) > BUDDLEJACEAE Buddleja sp. (4,7 ppm de antimonio). Estudios previos han mostrado que el antimonio tiende a estar presente en los suelos como sulfuros de baja solubilidad, ligados a óxidos de hierro y aluminio o asociados a la materia orgánica. Sin embargo, cuando el antimonio se encuentra en formas móviles en el suelo, puede ser acumulado en las plantas. En el presente estudio se encontraron niveles de antimonio hasta de ppm de antimonio en muestras de jales, ppm de antimonio en sedimentos de arroyo y de 447,52 ppm de antimonio en plantas. Aún cuando las especies de antimonio móviles pudieran estar menores concentraciones que las de menor movilidad, las concentraciones son significativamente altas que pueden llegar a acumularse en las plantas que crecen en el área, con riesgo de un daño ecológico en la zona. El potencial de un metal para ser absorbido por las plantas depende de la especie en la que ésta presente en el suelo y del tipo de planta que lo puede absorber. La materia orgánica en los jales es escasa, por lo que los metales se encuentran principalmente en la solución (aire-agua-sólidos) del suelo y no sujetos al material orgánico (humus). Los análisis realizados a las muestras de jales, nos refieren a que estos son reservorios de metales enriquecidos en antimonio, cinc y arsénico. También se 101

4 tuvo que la presencia de especies oxidadas permite que a cualquier ph y por un Eh positivo haya formación de sulfato de cinc (ZnSO 4 ), de hidrosmitsonita y hidrozincita que son especies fitodisponibles, lo que explica los niveles detectados de cinc en especies de plantas como ASPHODELOCEAE Asphodelus fistulosus y SOLANACEAE Nicotiana glauca. Igualmente, nos muestran que a Eh superiores a 0,5 se equilibran en hidróxido de antimonio (Sb(OH) 6 ), haciéndose disponible para ser captados por las plantas lo que se corrobora con los niveles de antimonio obtenidos en todas las muestras, que fueron superiores a los máximos reportados en la bibliografía. Después del anterior, concluimos que las especies de plantas que se presentan sobre los jales, los cuales demuestran tener especies de antimonio fitodisponibles, con las mayores absorciones de antimonio y otros metales pesados son la SOLANACEAE Nicotiana glauca y la ASPHODELACEA Asphodelus fistulosus. Aún cuando esta última es la que presenta la máxima acumulación para la estructura de raíz, la especie que presenta las mejores condiciones para proponerse para ser estudiada como tratamientos de fitorremediación para la descontaminación de metales en el área de estudio sería SOLANACEAE Nicotiana glauca ya que presenta buena absorción de antimonio en raíz y de arsénico, mercurio y cinc en hoja; además de ser una planta que crece de manera natural en clima semidesértico, bajo condiciones adversas para otras plantas (bajo contenido de materia orgánica y alto contenido de metales a niveles fitotóxicos), es de rápido crecimiento y propagación. Por las relaciones (RA) con las que las mayores acumulaciones de metales pesados se presentaron en las plantas, no podemos hablar de fitoextracción (>100 veces la concentración en la planta que en el sustrato), sin embargo, debido a las características tanto del antimonio, como del mercurio y otros metales de importancia ambiental, se plantea que la manera en que la fitorremediación de las plantas puede darse en el jale es por medio de una combinación de fitoestabilización y fitovolatización, dónde las plantas absorben, precipitan y volatilizan por medio de la respiración, los metales presentes, reduciendo los niveles de los mismos en el suelo. Los radios de acumulación de planta SOLANACEAE Nicotiana glauca fue para el antimonio 1,44 en raíz y en hojas 3,05 para el mercurio; 3,50 para arsénico y de 1,80 para cinc. Esta 102

5 última es la especie que muestra tener la más alta acumulación de metales pesados por lo que se plantea con gran potencial para ser empleada en la fitorremediación en áreas contaminadas por extracción minera en climas semidesérticos. 103